(57)【要約】【課題】  弱風下でも効率の高い直線翼垂直軸風力発電機【解決手段】直線翼垂直軸風力発電機のタービンの軸を円筒でカバーし、タービンの翼を円筒表面からやや外側を回転するよう設置し、翼はアームを回転自在に支持するベアリングによって軸に連結し、軸に固定された回転しない円筒の周囲を回転する。円筒によって遮られた風は進路を狭められ増速してタービンの翼に当たりより大きな回転トルクを生じる。また、円筒側面に当たる風量が減少することを防ぐため、円筒の上部と下部に円筒部の径を大きくして翼の回転域に風が進入し易い構造とする。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
直線翼垂直軸風力発電機のタービンの軸を円筒でカバーし、タービンの翼を円筒表面からやや外側を回転するよう設置し、翼はアームを回転自在に支持するベアリングによって軸に連結し、円筒は軸に固定して回転しない構造とした直線翼垂直軸風力発電機
【請求項２】
円筒に当たる風が円筒の側面から円筒の上方及び下方に流れ出て側面を通過する風量が減少するのを防ぐため、円筒の最上部と最下部の径を大きくして円筒面との間に傾斜角を持つ円筒端傾斜面を作り、翼の回転域に風が進入し易い構造とした請求項１記載の直線翼垂直軸風力発電機
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】本発明は、直線翼垂直軸風力発電機のタービンの構造に関する。
【背景技術】
【０００２】垂直軸風車は水平軸風車に比べタービンの構造が簡単で量産化し易く、風の変化に対する強度も確保し易いなどの長所を有している反面、自己起動性が低く、地上設置の場合は水平軸風車に比べ利用できる上空の風速が得られ難い等の課題も多く、商業発電用の大型風車開発は水平軸主体に行われてきた（非特許文献参照）。
近年は、垂直軸風車の環境性能の評価が高まり商業発電用の開発も進められているが、垂直軸風車のタービンの高所への設置、大型化に伴うタービン荷重増大に対応できる支持構造といった風車の設置技術とあわせ、タービンの発電効率の向上が大きな課題となっている。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００３】
【非特許文献１】風力エネルギーの基礎、牛山泉著、オーム社、７６項
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】直線翼垂直軸風力発電機は垂直軸風力発電機の中でも開発が進み、発電効率、製造コストとも改善されているが、不安定な風を利用してより安定した発電を行うには弱風下での発電効率の改善が大きな課題である。
【課題を解決するための手段】
【０００５】直線翼垂直軸風力発電機のタービンの軸を円筒でカバーし、タービンの翼を円筒表面からやや外側を回転するよう設置する。また、円筒に当たる風が円筒の側面から円筒の上方及び下方に流れ出て側面を通過する風量が減少するのを防ぐため、図５のように円筒の最上部と最下部の径を大きくして円筒面との間に傾斜角を持つ円筒端傾斜面を作り、翼の回転域に風が進入し易い構造とする。
【発明の効果】
【０００６】本発明によると、次のような効果がある。【０００７】横から風車に当たる風は、円筒にさえぎられ直進できずに円筒の先端部で左右に分かれ円筒の側面を通過した後、円筒の後方で再び合流するよう流れる（図６）。この際に円筒によって風は進路を狭められ円筒側面を増速して通過する。円筒側面からやや外側を回転するよう設置した翼によって増速した風は効果的に回転トルクを発生する。【０００８】直線翼垂直軸風力発電機の翼の回転トルクはごく一部が抗力によるものとされるが、大部分は揚力によるものであり、揚力は翼を通過する風速で増減する。円筒を有する風車の場合、円筒後方で風が合流する際に生じる乱れや円筒前半部で増速した風速が円筒後半部では次第に減速すること（図６）等、回転トルクへ影響しかねない未解明要因も残されているが、円筒を持たない風車と円筒を有する風車との間に、翼の回転トルクを発生させる風速の関わり方に基本的に相違はなく、円筒による増速効果をうまく活かして回転トルクを増加させることが可能である。【０００９】
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】  本発明に係る一実施形態を示す直線翼垂直軸風力発電機の斜視図である。
【図２】  図１の直線翼垂直軸風力発電機のタービンの斜視図である。
【図３】  図２のタービンの断面図（縦）である。
【図４】  図２のタービンの断面図（横）である。
【図５】  本発明に係る他の実施形態を示す直線翼垂直軸風力発電機のタービンの斜視図である。
【図６】  本発明に係る円筒側面の風の増速効果を矢印方向を風向に、矢印長を風速とした模式図である。
【発明を実施するための形態】
【実施例】
【００１１】本発明の直線翼垂直軸風力発電機はタービンの上部と下部を支える支持機構を必要とするものであり、そのための支持機構としてはスチール製等のフレームを用いるもの、あるいは上空から下したワイヤーにタービンの上端を繋ぎ、タービンの下端を地上部に繋がるロープに連結して風力発電機を空中に設置する方法などがあるが、以下に後者による本発明の実施例を図１を参照して説明する。【００１２】ワイヤーケーブル２を２つのタワー１に張り渡しその両端は地上のアンカー３に連結し、そのワイヤーケーブル２を２本、タワー間のたわみが最大となる付近でほぼ直角に交差するよう設置する。
ワイヤーケーブル２の交差する箇所に、それぞれのワイヤーケーブル２を上下に交差させた状態でつなぎ止めるためのケーブルバンド４を設ける。
このケーブルバンド４から吊り下げ用ワイヤーロープ５を垂らし、吊下げワイヤー連結器７を連結しその下部に直線翼垂直軸風力発電機のシャフト６の上部を連結する。【００１３】翼はアームを回転自在に支持するベアリングによってシャフトに連結し回転するが、円筒は回転しないシャフトに固定する構造とし、円筒が回転することで発生するマグナス力など、不要な力の発生を可能な限り避ける構造とする。【００１４】円筒の表面との摩擦によって風は減速するため、円筒の表面近くに翼を設けたのでは期待される回転トルクは得られず、翼が円筒の表面から外側に遠ざかり過ぎた場合も円筒による風の増速効果は減少する。したがって翼は、円筒による増速効果をうまく回転トルクに利用できる、円筒の表面からやや外側を回転するよう調整することが重要である。【００１５】翼の位置は、円筒表面の滑らかさや雪などの付着物にも影響されるため、使用環境下におトラブル等の可能性も考慮し、少なくとも円筒半径の１０％ないし２０％以上の距離を円筒表面から離した上で、円筒による増速効果が回転トルクに反映される最外周１４と円筒表面摩擦による増速効果の打消のため増速効果が生じない最外周１５との間に調整する必要がある。【００１６】円筒側面を通過する風量を増やすには、円筒の一部を傾斜させて翼の回転域に風が進入し易くすることのほか、円筒部上面と同下面の距離に比べ円筒の横幅が大き過ぎないことも重要であり、具体的には横幅を上面と下面の距離以下とすることを構造の基本に据えることが重要である。【００１７】ワイヤーに連結しているタービンは図３に記載のとおり軸の両端を上下のワイヤーに連結固定され、円筒は上部、中部、下部の３つから成り、それぞれ軸に固定される。翼は上下各２本のアームを持ち、上側のアームは上部と中部の円筒の間を、下側のアームは中部と下部の円筒の間を、アームを回転自在に支持するベアリングを通して軸に接続する。【００１８】軸６の下部には姿勢安定ワイヤー連結器１１を介して少なくとも３本の姿勢安定用ワイヤーロープ１２を連結することで軸下部の位置が定まりタービンの空中姿勢が安定する。
【符号の説明】
【００１９】  １  タワー
２  ワイヤーケーブル
３  アンカー
４  ケーブルバンド
５  吊り下げワイヤー
６  軸
７  吊下げワイヤー連結器
８  翼
９  アーム
１０  円筒
１１  姿勢安定ワイヤー連結器
１２  姿勢安定ワイヤー
１３  姿勢安定ワイヤーアンカー
１４  円筒による増速効果が回転トルクに反映される最外周
１５  円筒表面摩擦による増速効果の打消のため増速効果が生じない最外周
１６  発電機
１７  円筒半径
１８  円筒表面から翼までの距離
１９  円筒後方の風の乱れのエリア
２０  軸受け
２１  円筒端傾斜面
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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